CN101771042B - 低电容电压可编程tvs器件 - Google Patents

低电容电压可编程tvs器件 Download PDF

Info

Publication number
CN101771042B
CN101771042B CN200910248044.5A CN200910248044A CN101771042B CN 101771042 B CN101771042 B CN 101771042B CN 200910248044 A CN200910248044 A CN 200910248044A CN 101771042 B CN101771042 B CN 101771042B
Authority
CN
China
Prior art keywords
epitaxial loayer
tvs
electrode
contact zone
steering diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN200910248044.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101771042A (zh
Inventor
张关保
苏海伟
张婷
叶力
吴兴农
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Wei'an Semiconductor Co., Ltd
Original Assignee
SHANGHAI CHANGYUAN WAYON MICROELECTRONICS CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI CHANGYUAN WAYON MICROELECTRONICS CO Ltd filed Critical SHANGHAI CHANGYUAN WAYON MICROELECTRONICS CO Ltd
Priority to CN200910248044.5A priority Critical patent/CN101771042B/zh
Publication of CN101771042A publication Critical patent/CN101771042A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101771042B publication Critical patent/CN101771042B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明涉及低电容电压可编程TVS器件及其制造方法，由闩锁通路和限压保护通路构成，在闩锁通路上，PNP三极管和NPN三极管构成闩锁结构，输入端接PNP三极管的发射极，PNP三极管的集电极接NPN三极管的基极，PNP三极管的基极接NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极接输出端，且PNP三极管的集电极与TVS管的阳极相连，PNP三极管的基极与TVS管的阴极连接，构成器件的门极；在限压通路上，由两个降容二极管和一TVS器件组成，TVS管阳极与第一导向二极管阳极连接，TVS管阴极与第二导向二极管阴极连接，第二导向二极管阳极接输入端，第一导向二极管阴极接输出端；通过改变门极电位，实现在TVS击穿电压以内的可编程保护和过压保护。

Description

低电容电压可编程TVS器件
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体涉及低电容电压可编程TVS器件，以及其制造方法。
背景技术
TVS器件为双向低压瞬态电压抑制器件，广泛应用于电路的浪涌和ESD保护。
通常情况下，在终端设备上用于过压保护的器件一般采用TVS，压敏电阻等保护器件，这类器件的保护电压一般都是固定的，使用过程中需要根据用户工作电压的大小进行选择，但在有些情况下，线路工作电压是不确定的，这种情况我们一般选在最高使用的工作电压进行浪涌或ESD的保护，我们知道这种方式其实是存在一种隐患的，线路上的任何过压信号都会影响其正常工作。
为解决这一问题，ST推出一种可编程的Thyristor，这种器件能够很有效的解决SLIC电路的浪涌保护。但在低压终端设备上，可编程的应用的TVS尚未推出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种低电容电压可编程TVS器件，改进了传统保护器件的固定电压保护方式，提供了保护电压可编程的保护电方式，结构具有低电容、低漏电流以及应用电压可编程的特点，在门极接偏置电压时，器件可以实现单双向可编程过压保护，保护电压值的范围可以从0.7V到TVS管的反向击穿电压VBRM。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述低电容电压可编程的TVS器件的制造方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种低电容电压可编程TVS器件，由闩锁通路和低电容二极管的限压保护通路构成，所述的TVS器件由PNP三极管、NPN三极管和TVS管构成，用于可编程保护及低电容和限制保护电压上限，其中：
在闩锁通路上，PNP三极管和NPN三极管构成闩锁结构，输入端接PNP三极管的发射极，PNP三极管的集电极接NPN三极管的基极，PNP三极管的基极接NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极接输出端，且PNP三极管的集电极与TVS管的阳极相连，PNP三极管的基极与TVS管的阴极连接，构成器件的门极，用于可编程保护；
在低电容限压通路上，由两个降容二极管和一个TVS器件组成，TVS管的阳极与第一导向二极管的阳极连接，TVS管的阴极与第二导向二极管的阴极连接，第二导向二极管的阳极接输入端，第一导向二极管的阴极接输出端，用于提供低电容和保护电压上限；
通过改变门极电位，实现在TVS击穿电压以内的过压保护。
TVS管及第二导向二极管通过共用的门极电极接控制端。
PNP三极管、NPN三极管和TVS管组成的闩锁通路构成保护器件的泄放通路，通过可编程门极对保护器件进行编程保护，实现保护电压可编程的TVS保护器件。
在上述方案的基础上提供一种器件结构，所述的TVS管为反向应用，限压通路及闩锁通路共用同一TVS管，自下而上由P+衬底和N+埋层区构成；
所述的第一导向二极管及第二导向二极管均为正向应用，其中，
N-外延层由P+墙分割成N-外延层左边区域和N-外延层右边区域；
第一导向二极管位于TVS管的右侧，自下而上由与TVS管共用的阳极P+衬底、N-外延层右边区域和阴极N+接触区构成；
第二导向二极管位于TVS管的正上方，自上而下由P+扩区阳极和N-外延层左边区域阴极构成，N-外延层左边区域与TVS管的N+埋层区相接；
所述的PNP三极管为横向三极管，从左到右依次由与第二导向二极管共用的P+扩区为PNP三极管的发射极、N-外延层左边区域为基极，P+调整层和集电极P+墙构成；
所述的NPN三极管为横向三极管，从左到右依次由左侧的N+接触区、集电极N-外延层左边区域、基极P+墙、发射极N-外延层右边区域和右侧的N+接触区构成，左侧的N+接触区形成与N-外延层的欧姆接触，右侧的N+接触区形成与第一导向二极管阴极的欧姆接触；
第二导向二极管的P+扩区与中间金属层连接，构成器件的输入端电极，第一导向二极管的N+接触区与右边金属层相连，构成输出端电极，TVS管通过N-外延层和N+接触与左边金属层连接，构成门极。
发明的低电容电压可编程TVS器件具有电压可编程的特性，向输入端电极施加的浪涌电流依次经过PNP管和NPN管构成的闩锁通路，到达输出端电极，当施加在输入端电极上的电压大于0.7V，并小于TVS管的击穿电压VBR时，器件在可编程范围内进行保护，这时，通过闩锁通路上的电压值等于门极电位VG加上两个三极管的正向保护压降0.7V。当施加在输入端电极上的浪涌电压较大时，如果门极电压过高的话，器件的限压通路将直接进入导通状态，闩锁通路将会失去作用。因此门极编程电压要小于TVS管的击穿电压VBR。
本发明的低电容电压可编程TVS器件具有低电容、低钳位特点。两个导向二极管均采用淡掺杂工艺，并且使用串联形式，而且横向PNP管和NPN管也都采用了低电容技术，因此器件电容很低。当施加在输入端电极上的浪涌电压较大时，如果流过闩锁通路上的电流在TVS管的阴极上产生的压降大于TVS管的击穿电压VBR，此时限压通路进入导通状态，一部分电流可以通过限压通路进行泄放，从而可以降低器件的钳位电压。
本发明中的低电容电压可编程TVS管在版层结构上具有功能可选择的特点，在制作过程中，增加了一层P+调整层版，用于调整PNP管的电流增益，在没有P+调整层的情况下，横向PNP管的电流增益很小，这种情况下器件不具备闩锁条件，此时器件是一个可用于高速传输保护的低电容单向TVS。不具有电压可编程特性，当增加P+调整层后，横向PNP管的电流增益增加，器件满足闩锁条件，此时器件成为一个低电容电压可编程的TVS。
为了避免三极管因电流过大而烧坏，在版图设计上PNP三极管和NPN三极管采用插指结构，从而增大器件的有效周长，提高了器件的耐电流能力。
在上述方案的基础上，左侧的N+接触区与多晶电阻连接，多晶电阻的一端经N+接触区与N-外延层接触，另一端与门极电极相连。
在上述方案的基础上，从电路原理上，所述TVS管的阴极与一正向二极管的阴极连接，正向二极管的阳极与门极电极相连。
在上述方案的基础上，根据保护要求，对于电源线需要保护的线路再提供一种器件结构，所述的TVS管为反向应用，限压通路及闩锁通路共用同一TVS管，自下而上由P+衬底和N+埋层区构成；
所述的第一导向二极管及第二导向二极管均为正向应用，其中：
N-外延层由P+墙分割成N-外延层左边区域和N-外延层右边区域；
第一导向二极管位于TVS管的右侧，自下而上由与TVS管共用的阳极P+衬底、N-外延层右边区域和阴极N+接触区构成；
第二导向二极管位于TVS管的正上方，自上而下由阳极P+扩区和阴极N-外延层构成，N-外延层与TVS管的N+埋层区相连；
所述的PNP三极管为横向三极管，从左到右依次由与第二导向二极管共用的P+扩区为PNP三极管的发射极，基极N-外延层左边区域，P+调整层和集电极P+墙构成；
所述的NPN三极管为横向三极管，从左到右依次由共用的集电极N-外延层左边区域、基极P+墙、发射极N-外延层右边区域和右侧的N+接触区构成，N+接触区形成与第一导向二极管阴极的欧姆接触；
在N-外延层的左侧形成P+扩区，构成正向二极管的阳极，形成门极电极的欧姆接触；
第二导向二极管的P+扩区与中间金属层连接，构成器件的输入端电极，第一导向二极管的N+接触区与右边金属层相连，构成输出端电极，TVS管通过正向二极管与左边金属层连接，构成门极。
在上述方案的基础上，根据保护需要，对于电源线与数据传输线需要隔离的保护，本发明的器件还可以在门极电极接一个电阻，电阻的一端接N-外延层，电阻的另一端接门极电极，可实现电源与数据线之间的隔离。
在上述方案基础上，根据保护需要，所述的TVS器件可作双向使用，将第一低电容可编程TVS器件的输入端电极与第二低电容可编程TVS器件的输出端电极连接，并将第一TVS器件的输出端电极与第二TVS器件的输入端电极连接，两个低电容可编程TVS器件的门极接公共端，构成三端双向电压可编程TVS器件。
根据器件制作工艺不同，器件具有不同的可编程电压上限，一般有5V，15V，24V，65V和70V。可编程电压上限由TVS管的击穿电压VBR决定。
针对上述的低电容电压可编程TVS器件，提供一种具体的制造方法，包括下述步骤：
第一步：在P+衬底中部掺杂磷元素制作N+埋层区，制成TVS管；
第二步：在TVS管整体的正上方生长一层N-外延层，然后在N-外延层中部靠右掺杂硼元素制作P+墙，通过高温退火将P+墙与P+衬底连在一起，构成NPN三极管的基极，P+墙将N-外延层分割成N-外延层左边区域，N-外延层右边区域，N-外延层右边区域为第一导向二极管的阴极；
第三步：在N-外延层左边区域的中部掺杂硼元素制作P+扩区，构成第二导向二极管的阳极；
第四步：在P+扩区与P+墙之间制作P+调整层，构成PNP三极管，通过扩散退火调整PNP管的电流增益，使其接近0.5；
第五步：在外延层的左、右两侧分别掺磷元素制作两个N+接触区，左侧的N+接触区形成门极电极的欧姆接触，右侧的N+接触区形成第一导向二极管的阴极欧姆接触；
第六步：在器件表面沉积一层金属层，通过光刻将金属层分成三部分，左侧金属层将左侧N+接触区引出，构成门极电极，中间金属层将P+扩区引出，构成输入端电极，右边金属层将右侧N+接触区引出，构成输出端电极。
在上述方案的基础上，第一步中，P+衬底的硼元素掺杂浓度为2×1015atoms/cm3～3×1018atoms/cm3，N+埋层区的磷元素掺杂浓度为1.5×1019atoms/cm3～2×1021atoms/cm3；
第二步中，外延层的磷元素掺杂浓度为5×1014atoms/cm3～2×1015atoms/cm3，P+墙的硼元素掺杂浓度2×1015atoms/cm3～4×1019atoms/cm3；
第三步中，P+扩区的硼元素掺杂浓度为5×1017atoms/cm3～5×1019atoms/cm3；
第四步中，P+调整层的硼元素掺杂浓度为6×1017atoms/cm3～8×1018atoms/cm3，结深为1.2～3μm；
第五步中，N+接触区的磷元素掺杂浓度为5×1017atoms/cm3～1×1020atoms/cm3。
针对上述的包括多晶电阻的低电容电压可编程TVS器件，提供另一种具体的制造方法，包括下述步骤：
第一步：在P+衬底中部掺杂磷元素制作N+埋层区，制成TVS管；
第二步：在TVS管整体的正上方生长一层N-外延层，然后在N-外延层中部靠右掺杂硼元素制作P+墙，通过高温退火将P+墙与P+衬底连在一起，构成NPN三极管的基极，P+墙将N-外延层分割成N-外延层左边区域，N-外延层右边区域，N-外延层右边区域为第一导向二极管的阴极；
第三步：在N-外延层左边区域的中部掺杂硼元素制作P+扩区，构成第二导向二极管的阳极；
第四步：在P+扩区与P+墙之间制作P+调整层，构成PNP三极管，通过扩散退火调整PNP管的电流增益，使其接近0.5；
第五步：在外延层的左、右两侧分别掺磷元素制作两个N+接触区，左侧的N+接触区形成门极电极的欧姆接触，右侧的N+接触区形成第一导向二极管的阴极欧姆接触；
第六步：在左侧的N+接触区上设置多晶电阻；
第七步：在器件表面沉积一层金属层，通过光刻将金属层分成三部分，左侧金属层将多晶电阻的一端引出，构成门极电极，另一端经N+接触区与N-外延层接触，中间金属层将P+扩区引出，构成输入端电极，右边金属层将右侧N+接触区引出，构成输出端电极。
针对上述包括正向二极管的低电容电压可编程TVS器件，提供第三种具体的制造方法，包括下述步骤：
第一步：在P+衬底中部掺杂磷元素制作N+埋层区，制成TVS管；
第二步：在TVS管整体的正上方生长一层N-外延层，然后在N-外延层中部靠右掺杂硼元素制作P+墙，通过高温退火将P+墙与P+衬底连在一起，构成NPN三极管的基极，P+墙将N-外延层分割成N-外延层左边区域，N-外延层右边区域，N-外延层右边区域为第一导向二极管的阴极；
第三步：在N-外延层左边区域的中部掺杂硼元素制作P+扩区，构成第二导向二极管的阳极；
第四步：在P+扩区与P+墙之间制作P+调整层，构成PNP三极管，通过扩散退火调整PNP管的电流增益，使其接近0.5；
第五步：在外延层的左侧掺硼元素制作P+扩区，构成正向二极管的阳极，形成门极电极，在右侧掺磷元素制作N+接触区，形成第一导向二极管阴极的欧姆接触；
第六步：在器件表面沉积一层金属层，通过光刻将金属层分成三部分，左侧金属层将P+扩区引出，构成门极电极，中间金属层将P+扩区引出，构成输入端电极，右边金属层将右侧N+接触区引出，构成输出端电极。
本发明的有益效果是：
本发明的电路具有低电容、低钳位和保护电压可编程的特点，能够在工作电压很宽的范围实现浪涌和ESD的可编程保护。在制作工艺上，通过工艺版层选择可以实现两种不同功能的器件。
附图说明
图1为本发明实施例1 TVS器件的电路原理图。
图2为本发明实施例1 TVS器件的共模单向应用原理图。
图3为本发明实施例1 TVS器件的双向保护应用原理图。
图4为本发明实施例1 TVS器件的侧剖结构示意图。
图5为完成TVS管后的器件俯视图
图6为完成P+扩区和P+调整层后的器件俯视图
图7为完成N+接触区后的器件俯视图
图8为本发明实施例1 TVS管纵向浓度分布图。
图9为本发明实施例1 PNP三极管及NPN三极管浓度分布图。
图10为本发明实施例2 TVS器件的电路原理图。
图11为本发明实施例2 TVS器件的侧剖结构示意图。
图12为本发明实施例3 TVS器件的电路原理图。
图13为本发明实施例3 TVS器件的侧剖结构示意图。
附图中标号说明
10，10’-低电容可编程TVS器件
11-输入端    12-输出端    13-门极
20-电阻      21-TVS管
22-第一导向二极管    23-第二导向二极管
27-NPN三极管         28-PNP三极管
29-正向导向二极管
31-P+衬底
32-N-外延层
32a-N-外延层左边区域    32b-N-外延层左边区域
33-左边金属层    34-中间金属层    35-右边金属层
41-N+埋层区      42-P+墙          43-P+扩区
44-N+接触区      45-P+调整层      46-N+接触区
具体实施方式
实施例1
请参阅图1为本发明实施例1TVS器件的电路原理图所示，一种低电容电压可编程TVS器件，由闩锁通路和低电容二极管的限压保护通路构成，所述的TVS器件由PNP三极管、NPN三极管和TVS管构成，用于可编程保护及低电容和限制保护电压上限，其中：
在闩锁通路上，PNP三极管28和NPN三极管27构成闩锁结构，输入端11接PNP三极管28的发射极，PNP三极管28的集电极接NPN三极管27的基极，PNP三极管28的基极接NPN三极管27的集电极，NPN三极管27的发射极接输出端12，且PNP三极管28的集电极与TVS管21的阳极相连，PNP三极管28的基极与TVS管21的阴极连接，构成器件的门极13；
限压通路用于限制可编程电压的上限，并实现低钳位，在低电容限压通路上，由两个降容二极管和一个TVS器件组成，TVS管21的阳极与第一导向二极管22的阳极连接，TVS管21的阴极与第二导向二极管23的阴极连接，第二导向二极管23的阳极接输入端11，第一导向二极管22的阴极接输出端12；
通过改变门极电位，实现在TVS击穿电压以内的过压保护。
请参阅图4为本发明实施例1TVS器件的侧剖结构示意图，图5为制作TVS工艺俯视图，图6为制作P+墙工艺后的俯视图，图7为N+接触区制作完成后的器件俯视图，图8为本发明实施例1TVS管纵向浓度分布图和图9为本发明实施例1PNP三极管及NPN三极管浓度分布图所示，所述的TVS管21为反向应用，限压通路及闩锁通路共用同一TVS管21，自上而下由N+埋层区41和P+衬底31构成；
所述的第一导向二极管22及第二导向二极管23均为正向应用，其中：
N-外延层32由P+墙42分割成N-外延层左边区域32a和N-外延层右边区域32b；
第二导向二极管23位于TVS管21的正上方，自上而下由阳极P+扩区43和阴极N-外延层32构成，N-外延层32与TVS管21的N+埋层区41相连；
第一导向二极管22位于TVS管21的右侧，自上而下由阴极N+接触区44、N-外延层右边区域32b和与TVS管21共用的阳极P+衬底31构成；
所述的PNP三极管28为横向三极管，从左到右依次由与第二导向二极管23共用的P+扩区43(发射极)、基极N-外延层左边区域32a，P+调整层45和集电极P+墙42构成，P+调整层45用于调整PNP三极管28的电流增益；
所述的NPN三极管27为横向三极管，从左到右依次由左侧的N+接触区46、集电极N-外延层左边区域32a、基极P+墙42、发射极N-外延层右边区域32b和右侧的N+接触区44构成，左侧的N+接触区46形成与N-外延层32的欧姆接触，右侧的N+接触区44形成与第一导向二极管22阴极的欧姆接触；
第二导向二极管23的P+扩区43(第二导向二极管23的阳极，PNP三极管28的发射极)与中间金属层34连接，构成器件的输入端11电极，第一导向二极管22的N+接触区44(第一导向二极管22的阴极，NPN三极管27的发射极)与右边金属层35相连，构成输出端12电极，TVS管21通过N-外延层32(TVS管21的阴极，PNP三极管28的基极，NPN三极管27的集电极，第二导向二极管23的阴极)和N+接触46与左边金属层33连接，构成门极13。
低电容电压可编程TVS器件的制造方法，包括下述步骤：
第一步：在P+衬底31中部掺杂磷元素制作N+埋层区41，制成TVS管21；
第二步：在TVS管21整体的正上方生长一层N-外延层32，然后在N-外延层32中部靠右掺杂硼元素制作P+墙42，通过高温退火将P+墙42与P+衬底31连在一起，构成NPN三极管27的基区，P+墙42将N-外延层32分割成N-外延层左边区域32a，N-外延层右边区域32b；
第三步：在N-外延层左边区域32a的中部掺杂硼元素制作P+扩区43，构成第二导向二极管23的阳极；
第四步：在P+扩区43与P+墙42之间制作P+调整层45，构成PNP三极管28，通过扩散退火调整PNP三极管28的电流增益(P+扩区43、N-外延层左边区域32a和P+墙42)的电流增益，使其大于等于0.5；
第五步：在外延层32的左、右两侧分别掺磷元素制作两个N+接触区46、44，左侧的N+接触区46形成门极13电极的欧姆接触，右侧的N+接触区44形成第一导向二极管22阴极的欧姆接触；
第六步：在器件表面沉积一层金属层，通过光刻将金属层分成三部分，左侧金属层33将左侧N+接触区46引出，构成门极13电极，中间金属层34将P+扩区43引出，构成输入端11电极，右边金属层35将右侧N+接触区44引出，构成输出端12电极。
本实施例的低电容双向ESD器件在制作过程中各层掺杂浓度的最小值和最大值均列于表1中，在制作完成后测得的中部区域A及边侧区域B、C的掺杂浓度分布如图6、图7所示。由于当上层掺杂层将下层掺杂层覆盖后会使下层掺杂层的掺杂浓度下降，因此表1中各层的掺杂浓度均略高于图6、7中所示的实测掺杂浓度。其典型电容值只有0.3pF，能够很好地应用于手机、3G设备等高速数据接口上。
           表1 各层掺杂浓度范围
  层   最小浓度(atoms/cm3)   最大浓度(atoms/cm3)
  P+衬底   2×1015   3×1018
  N+埋层区   1.5×1019   2×1021
  N-外延层   5×1014   2×1015
  P+墙   2×1015   4×1019
  P+扩区   5×1017   5×1019
  N+接触区   5×1017   1×1020
  P+调整层   6×1017   8×1018
请参阅图2为本发明实施例1TVS器件的共模单向应用原理图所示，低电容电压可编程TVS器件可用于共模和差模的可编程保护，TVS器件10输入端11电极接数据传输信号线，输出12端电极接地，门极13电极接偏置电压Vbias，可实现共模保护；
TVS器件10输入端11电极和输出端12电极接数据传输信号线，门极13接偏置电压Vbias，可实现差模保护。
请参阅图3为本发明实施例1 TVS器件的双向保护原理图所示，所述的TVS器件10可作双向使用，将第一低电容可编程TVS器件10的输入端11电极与第二低电容可编程TVS器件10’的输出端12’电极连接，并将第一低电容可编程TVS器件10的输出端12电极与第二低电容可编程TVS器件10’的输入端11’电极连接，两个低电容可编程TVS器件的门极13接公共端，构成三端双向电压可编程TVS器件。
实施例2
请参阅图10为本发明实施例2 TVS器件的电路原理图和图11为本发明实施例2 TVS器件的侧剖结构示意图所示，其他结构及制造方法第一步至第四步均与实施例1相同。
第五步：在外延层32a的左侧掺硼元素制作P+扩区24，构成正向导向二极管29的阳极，形成门极13电极的欧姆接触，在右侧掺磷元素制作N+接触区44，形成第一导向二极管22阴极的欧姆接触；
第六步：在器件表面沉积一层金属层，通过光刻将金属层分成三部分，左侧金属层33将P+扩区24引出，构成门极13电极，中间金属层34将P+扩区43引出，构成输入端11电极，右边金属层35将右侧N+接触区44引出，构成输出端12电极。
实施例3
请参阅图12为本发明实施例3 TVS器件的电路原理图和图13为本发明实施例3 TVS器件的侧剖结构示意图所示，其他结构及制造方法第一步至第五步均与实施例1相同。
第六步：在左侧的N+接触区46上连接多晶电阻20；
第七步：在器件表面沉积一层金属层，通过光刻将金属层分成三部分，左侧金属层33将多晶电阻20的一端引出，构成门极13电极，另一端经N+接触区46与N-外延层32接触，中间金属层34将P+扩区43引出，构成输入端11电极，右边金属层35将右侧N+接触区44引出，构成输出端12电极。
由此构成包括多晶电阻的低电容可编程TVS器件。

Claims (9)

1.一种低电容电压可编程TVS器件，由闩锁通路和低电容二极管的限压保护通路构成，所述的TVS器件由PNP三极管、NPN三极管和TVS管构成，用于可编程保护及低电容和限制保护电压上限，其特征在于：
在闩锁通路上，PNP三极管（28）和NPN三极管（27）构成闩锁结构，输入端（11）接PNP三极管（28）的发射极，PNP三极管（28）的集电极接NPN三极管（27）的基极，PNP三极管（28）的基极接NPN三极管（27）的集电极，NPN三极管（27）的发射极接输出端（12），且PNP三极管（28）的集电极与TVS管（21）的阳极相连，PNP三极管（28）的基极与TVS管（21）的阴极连接，构成器件的门极（13）；
在低电容限压通路上，由两个降容二极管和一个TVS器件组成， TVS管（21）的阳极与第一导向二极管（22）的阳极连接，TVS管（21）的阴极与第二导向二极管（23）的阴极连接，第二导向二极管（23）的阳极接输入端（11），第一导向二极管（22）的阴极接输出端（12）；
通过改变门极电位，实现在TVS击穿电压以内的过压保护；其中，
所述的TVS管（21）为反向应用，限压通路及闩锁通路共用同一TVS管（21），自下而上由P+衬底（31）和N+埋层区（41）构成；
所述的第一导向二极管（22）及第二导向二极管（23）均为正向应用，其中，
N-外延层（32）由P+墙（42）分割成N-外延层左边区域（32a）和N-外延层右边区域（32b）；
第一导向二极管（22）位于TVS管（21）的右侧，自下而上由与TVS管（21）共用的阳极P+衬底（31）、N-外延层右边区域（32b）和阴极N+接触区（44）构成；
第二导向二极管（23）位于TVS管（21）的正上方，自上而下由P+扩区（43）阳极和N-外延层左边区域（32a）阴极构成，N-外延层左边区域（32a）与TVS管（21）的N+埋层区（41）相接； 
所述的PNP三极管（28）为横向三极管，从左到右依次由与第二导向二极管（23）共用的P+扩区（43）为PNP三极管（28）的发射极、N-外延层左边区域（32a）为基极，P+调整层（45）和集电极P+墙（42）构成；
所述的NPN三极管（27）为横向三极管，从左到右依次由左侧的N+接触区（46）、集电极N-外延层左边区域（32a）、基极P+墙（42）、发射极N-外延层右边区域（32b）和右侧的N+接触区（44）构成，左侧的N+接触区（46）形成与N-外延层（32）的欧姆接触，右侧的N+接触区（44）形成与第一导向二极管（22）阴极的欧姆接触；
第二导向二极管（23）的P+扩区（43）与中间金属层（34）连接，构成器件的输入端（11）电极，第一导向二极管（22）的N+接触区（44）与右边金属层（35）相连，构成输出端（12）电极，TVS管（21）通过N-外延层（32）和N+接触区（46）与左边金属层（33）连接，构成门极（13）。
2.根据权利要求1所述的低电容电压可编程TVS器件，其特征在于：左侧的N+接触区（46）与多晶电阻（20）连接，多晶电阻（20）的一端经N+接触区（46）与N-外延层（32）接触，另一端与门极（13）电极相连。
3.根据权利要求1所述的低电容电压可编程TVS器件，其特征在于：所述TVS管（21）的阴极与一正向二极管（29）的阴极连接，正向二极管（29）的阳极与门极（13）电极相连。
4.根据权利要求3所述的低电容电压可编程TVS器件，其特征在于：
所述的TVS管（21）为反向应用，限压通路及闩锁通路共用同一TVS管（21），自下而上由P+衬底（31）和N+埋层区（41）构成；
所述的第一导向二极管（22）及第二导向二极管（23）均为正向应用，其中，
N-外延层（32）由P+墙（42）分割成N-外延层左边区域（32a）和N-外延层右边区域（32b）；
第一导向二极管（22）位于TVS管（21）的右侧，自下而上由与TVS管（21）共用的阳极P+衬底（31）、N-外延层右边区域（32b）和阴极N+接触区（44）构成；
第二导向二极管（23）位于TVS管（21）的正上方，自上而下由阳极P+扩区（43）和阴极N-外延层（32）构成，N-外延层（32）与TVS管（21）的N+埋层区（41）相连；
所述的PNP三极管（28）为横向三极管，从左到右依次由与第二导向二极管（23）共用的P+扩区（43）为PNP三极管（28）的发射极，基极N-外延层左边区域（32a），P+调整层（45）和集电极P+墙（42）构成；
所述的NPN三极管（27）为横向三极管，从左到右依次由共用的集电极N-外延层左边区域（32a）、基极P+墙（42）、发射极N-外延层右边区域（32b）和右侧的N+接触区（44）构成，N+接触区（44）形成与第一导向二极管（22）阴极的欧姆接触；
在N-外延层（32）的左侧形成P+扩区（24），构成正向二极管（29）的阳极，形成门极（13）电极的欧姆接触；
第二导向二极管（23）的P+扩区（43）与中间金属层（34）连接，构成器件的输入端（11）电极，第一导向二极管（22）的N+接触区（44）与右边金属层（35）相连，构成输出端（12）电极，TVS管（21）通过正向二极管（29）与左边金属层（33）连接，构成门极（13）。
5.针对权利要求1至4之一所述的低电容电压可编程TVS器件的用途，其特征在于：所述的低电容可编程TVS器件作双向使用，将第一低电容可编程TVS器件（10）的输入端（11）电极与第二低电容可编程TVS器件（10’）的输出端（12’）电极连接，并将第一低电容可编程TVS器件（10）的输出端（12）电极与第二低电容可编程TVS器件（10’）的输入端（11’）电极连接，两个低电容可编程TVS器件的门极（13）接公共端，构成三端双向电压可编程TVS器件。
6.针对权利要求1～2之一所述的低电容电压可编程TVS器件的制造方法，其特征在于包括下述步骤：
第一步：在P+衬底（31）中部掺杂磷元素制作N+埋层区（41），制成TVS管（21）；
第二步：在TVS管（21）整体的正上方生长一层N-外延层（32），然后在N-外延层（32）中部靠右掺杂硼元素制作P+墙（42），通过高温退火将P+墙（42）与P+衬底（31）连在一起，形成NPN三极管（27）的基极，P+墙（42）将N-外延层（32）分割成N-外延层左边区域（32a），N-外延层右边区域（32b），N-外延层右边区域（32b）为第一导向二极管（22）的阴极；
第三步：在N-外延层左边区域（32a）的中部掺杂硼元素制作P+扩区（43），构成第二导向二极管（23）的阳极；
第四步：在P+扩区（43）与P+墙（42）之间制作P+调整层（45），调整PNP三极管（28）的电流放大倍数；
第五步：在外延层（32）的左、右两侧分别掺磷元素制作两个N+接触区（46）、（44），左侧的N+接触区（46）形成门极（13）电极的欧姆接触，右侧的N+接触区（44）形成第一导向二极管（22）阴极的欧姆接触；
第六步：在器件表面沉积一层金属层，通过光刻将金属层分成三部分，左侧金属层（33）将左侧N+接触区（46）引出，构成门极（13）电极，中间金属层（34）将P+扩区（43）引出，构成输入端（11）电极，右边金属层（35）将右侧N+接触区（44）引出，构成输出端（12）电极。
7.根据权利要求6所述的低电容电压可编程TVS器件的制造方法，其特征在于：
第一步中，P+衬底（31）的硼元素掺杂浓度为2×1015atoms/cm3～3×1018atoms/cm3，N+埋层区（41）的磷元素掺杂浓度为1.5×1019atoms/cm3～2×1021atoms/cm3；
第二步中，外延层（32）的磷元素掺杂浓度为5×1014atoms/cm3～2×1015atoms/cm3，P+墙（42）的硼元素掺杂浓度2×1015atoms/cm3～4×1019atoms/cm3；
第三步中，P+扩区（43）的硼元素掺杂浓度为5×1017atoms/cm3～5×1019atoms/cm3；
第四步中，P+调整层（45）的硼元素掺杂浓度为6×1017atoms/cm3～8×1018atoms/cm3，结深为1.2～3μm；
第五步中，N+接触区（46）、（44）的磷元素掺杂浓度为5×1017atoms/cm3～1×1020atoms/cm3。
8.针对权利要求1至2之一所述的低电容电压可编程TVS器件的制造方法，其特征在于包括下述步骤：
第一步：在P+衬底（31）中部掺杂磷元素制作N+埋层区（41），制成TVS管（21）；
第二步：在TVS管（21）整体的正上方生长一层N-外延层（32），然后在N-外延层（32）中部靠右掺杂硼元素制作P+墙（42），通过高温退火将P+墙（42）与P+衬底（31）连在一起，构成NPN三极管（27）的基区，P+墙（42）将N-外延层（32）分割成N-外延层左边区域（32a），N-外延层右边区域（32b）；
第三步：在N-外延层左边区域（32a）的中部掺杂硼元素制作P+扩区（43），构成第二导向二极管（23）的阳极；
第四步：在P+扩区（43）与P+墙（42）之间制作P+调整层（45），调整PNP三极管（28）的电流放大倍数；
第五步：在外延层（32）的左、右两侧分别掺磷元素制作两个N+接触区（46）、（44），左侧的N+接触区（46）形成门极（13）电极的欧姆接触，右侧的N+接触区（44）形成第一导向二极管（22）阴极的欧姆接触；
第六步：在左侧的N+接触区（46）上连接多晶电阻（20）；
第七步：在器件表面沉积一层金属层，通过光刻将金属层分成三部分，左侧金属层（33）将多晶电阻（20）引出，构成门极（13）电极，中间金属层（34）将P+扩区（43）引出，构成输入端（11）电极，右边金属层（35）将右侧N+接触区（44）引出，构成输出端（12）电极。
9.针对权利要求3或4所述的低电容电压可编程TVS器件的制造方法，其特征在于包括下述步骤：
第一步：在P+衬底（31）中部掺杂磷元素制作N+埋层区（41），制成TVS管（21）；
第二步：在TVS管（21）整体的正上方生长一层N-外延层（32），然后在N-外延层（32）中部靠右掺杂硼元素制作P+墙（42），通过高温退火将P+墙（42）与P+衬底（31）连在一起，构成NPN三极管（27）的基区，P+墙（42）将N-外延层（32）分割成N-外延层左边区域（32a），N-外延层右边区域（32b）；
第三步：在N-外延层左边区域（32a）的中部掺杂硼元素制作P+扩区（43），构成第二导向二极管（23）的阳极；
第四步：在P+扩区（43）与P+墙（42）之间制作P+调整层（45），用于调整PNP三极管（28）的电流放大倍数；
第五步：在外延层（32a）的左侧掺硼元素制作P+扩区（24），构成正向二极管（29）的阳极，形成门极（13）电极，在右侧掺磷元素制作N+接触区（44），形成第一导向二极管（22）阴极的欧姆接触；
第六步：在器件表面沉积一层金属层，通过光刻将金属层分成三部分，左侧金属层（33）将P+扩区（24）引出，构成门极（13）电极，中间金属层（34）将P+扩区（43）引出，构成输入端（11）电极，右边金属层（35）将右侧N+接触区（44）引出，构成输出端（12）电极。
CN200910248044.5A 2009-12-31 2009-12-31 低电容电压可编程tvs器件 Active CN101771042B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910248044.5A CN101771042B (zh) 2009-12-31 2009-12-31 低电容电压可编程tvs器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910248044.5A CN101771042B (zh) 2009-12-31 2009-12-31 低电容电压可编程tvs器件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101771042A CN101771042A (zh) 2010-07-07
CN101771042B true CN101771042B (zh) 2014-03-05

Family

ID=42503789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910248044.5A Active CN101771042B (zh) 2009-12-31 2009-12-31 低电容电压可编程tvs器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101771042B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102130448B (zh) * 2011-03-16 2015-01-21 上海长园维安微电子有限公司 单向低电容浪涌保护器件
CN102170120B (zh) * 2011-03-16 2015-01-21 上海长园维安微电子有限公司 双向低电容浪涌保护器件
US9793254B2 (en) * 2014-12-09 2017-10-17 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated TVS structures for high surge and low capacitance
CN105185782B (zh) * 2015-08-20 2018-05-11 北京燕东微电子有限公司 容性二极管组件及其制造方法
CN105185783B (zh) * 2015-08-20 2018-08-24 北京燕东微电子有限公司 容性二极管组件及其制造方法
CN106449636B (zh) * 2016-10-12 2019-12-10 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 Esd保护器件及其制造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101527304A (zh) * 2008-12-08 2009-09-09 上海长园维安微电子有限公司 集成低压低电容tvs器件及其制作方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7579632B2 (en) * 2007-09-21 2009-08-25 Semiconductor Components Industries, L.L.C. Multi-channel ESD device and method therefor
JP2009117528A (ja) * 2007-11-05 2009-05-28 Nec Electronics Corp 光半導体リレー装置
US8339758B2 (en) * 2008-05-01 2012-12-25 Semiconductor Components Industries, Llc Transient voltage suppressor and method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101527304A (zh) * 2008-12-08 2009-09-09 上海长园维安微电子有限公司 集成低压低电容tvs器件及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101771042A (zh) 2010-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101771042B (zh) 低电容电压可编程tvs器件
CN102856318B (zh) 单向瞬态电压抑制器
CN101517727B (zh) 使用双极晶体管基极撷取的对称阻隔的瞬态电压抑制器
CN102623454B (zh) 具有电磁干扰滤波器的垂直瞬态电压抑制器
CN101877358B (zh) 具有对称击穿电压的瞬时电压抑制器
US7989923B2 (en) Bi-directional transient voltage suppression device and forming method thereof
CN104851919B (zh) 双向穿通半导体器件及其制造方法
CN103384063B (zh) 一种浪涌保护电路及其制造方法
CN101527324B (zh) 双向低压穿通瞬态电压抑制二极管及其制作方法
CN103441125B (zh) 一种基于双向晶闸管的浪涌保护电路及其制造方法
CN104952869A (zh) 具有多个雪崩二级管的esd保护电路
CN110491875B (zh) 一种双向可控硅静电保护器件
CN103840013A (zh) 双向tvs二极管及其制造方法
CN107919355B (zh) 超低残压低容瞬态电压抑制器及其制造方法
CN102522404A (zh) 低触发电压的双向scr esd保护电路
CN113140627A (zh) 一种低触发电压的scr器件及其制备方法
CN103367393B (zh) 瞬态电压抑制器件及制造工艺方法
CN103730458B (zh) 硅控整流器
CN205595332U (zh) 单通道瞬态电压抑制器
CN104638020A (zh) 一种基于外延的垂直型恒流二极管及其制造方法
CN106252400A (zh) 一种厚膜soi‑ligbt器件及其抗闩锁能力的提高方法
CN103400841B (zh) 基于SiGe BiCMOS的宽带射频芯片静电保护电路
CN106252349B (zh) 一种低电容功率tvs器件及其制造方法
KR100971460B1 (ko) 양방향 브레이크다운 보호기능을 갖는 저전압 과도전압 억압디바이스 및 그 제조방법
CN203690309U (zh) 双向tvs二极管

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Seven road 201202 Shanghai Pudong New Area Shiwan No. 1001

Patentee after: Shanghai Wei'an Semiconductor Co., Ltd

Address before: Seven road 201202 Shanghai Pudong New Area Shiwan No. 1001

Patentee before: Shanghai Changyuan Wayon Microelectronics Co., Ltd.